[发明专利]多孔炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种多孔炭及其制备方法。

背景技术

煤直接液化残渣是煤直接液化过程的非目标产品，约占投煤量的30％，是一种高灰、高硫和高热值的物质，主要由非馏出液化油(正己烷可溶物)、沥青质(正己烷不溶四氢呋喃可溶物)、未转化煤和无机质组成。非馏出液化油和沥青质约占残渣的50％，主要由多环缩合芳烃组成，具有芳香度高，碳含量高，容易聚合或交联的特点，与石油沥青和煤焦油沥青的特性有所不同，非常适合作为制备炭素材料的原料，是一种宝贵而独特的碳资源；未转化煤是指残渣中不溶于四氢呋喃的有机质，约占残渣总量的30％，具有较高的热值；无机质主要是由煤中的矿物质和外加的催化剂组成，约占残渣总量的20％。

当今，国内大规模应用煤直接液化残渣的方法是将煤直接液化残渣与煤调配成水煤浆，作为气化炉原料制备合成气和氢气，解决了煤液化残渣大规模应用的出路，实现了残渣资源化利用。但是，煤直接液化残渣，特别是其中的可溶部分(四氢呋喃可溶物)未实现高附加值的利用，煤直接液化产业的经济效益未得到最大化的体现。因此，将煤直接液化残渣中的煤液化沥青和不可溶部分分离开来，并进行合理地综合开发利用，具有较大的经济效益和社会效益的。专利ZL 201310211244.X、ZL201310211245.4和ZL201510317246.6等公布了煤直接液化残渣制备煤液化沥青的工艺方法，为实现煤液化残渣高附加值利用提供技术保障。

多孔炭包括以微孔为主的活性炭，以及以介孔或大孔为主的炭材料。活性炭具有丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积，是一种优良的吸附材料。它由炭形成的六环物堆积而成，主要化学成分是碳元素，含有少量的氢、氮、氧及灰分。活性炭主要应用于水、空气的吸附过滤净化，催化剂或催化剂载体，储氢储能材料等方面。一般市售的活性炭比表面积为300～1000m²/g，比表面积大于2000m²/g称为超级活性炭，其孔径分布以微孔为主，平均孔直径在2nm以下。按照原料来源分，可分为木质活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭、石油类活性炭、再生炭和矿物质原料活性炭。介孔炭是指孔径分布在2～50nm的多孔炭材料，自1999年Ryoo首次以介孔硅基分子筛MCM-48为模板、以蔗糖为炭源制备出高度有序的介孔炭以来，这种具有规整孔道结构的多孔炭材料，就以其显著的结构特征以及由此衍生而来的优异性能在吸附分离、新型催化和传感器等领域脱颖而出。大孔炭是一般是通过以尺寸较大(一般大于50nm)的聚苯乙烯微球为模板剂，以酚醛树脂、沥青等为碳源，通过前驱体制备、炭化等步骤制备出来的，其平均孔径一般都在50nm以上。

国内采用煤直接液化残渣制备多孔炭的制备途径有两种：一种是直接以煤直接液化残渣或沥青为原料，通过添加化学活化剂(如KOH、NaOH)进行预氧化处理，然后再经过升温炭化、活化得到活性炭的方法。通过该方法制得的多孔炭的比表面积较大(2000m²以上)，但孔径以微孔为主，在电化学或催化应用方面失活较快，再生率较低；且制备过程中采用大量的KOH等强碱作为活化剂，后续需要大量的水进行清洗。另一种方法是以提取煤直接液化残渣中的沥青烯和前沥青烯作为碳源，以介孔硅SBA-15、SBA-16和KIT-6为硬模板，制备得到有序介孔炭。通过该方法制得的介孔碳的有序性较好，比表面积较大，但其模板剂SBA-15、KIT-16等制备工艺比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多孔炭及其制备方法，以解决现有技术中以煤直接液化残渣制备多孔炭时工艺复杂、孔径过小的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多孔炭的制备方法，其包括以下步骤：将煤液化沥青、正硅酸四乙酯、盐酸与有机溶剂混合，配置成复合浆液；将复合浆液干燥，得到复合物；将复合物炭化，得到炭化物；以及去除炭化物中的二氧化硅，得到多孔炭。

进一步地，煤液化沥青的软化点为85～160℃，灰分含量为0.001～0.2wt％，结焦值为45～65％。

进一步地，配置复合浆液的步骤包括：将煤液化沥青和部分的有机溶剂混合，得到混合物A；将正硅酸四乙酯、盐酸及剩余的有机溶剂混合，得到混合物B；在搅拌的条件下，将混合物A加至混合物B中，得到复合浆液。

进一步地，将正硅酸四乙酯、盐酸及剩余的有机溶剂混合的步骤中，同时加入表面活性剂，得到混合物B；优选表面活性剂为F127、P123和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。